Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Domowy rejestrator rozpadu Alpha z Americium 241 - wyniki (licznik gaigera)

hans512 30 Sie 2011 05:56 4674 18
  • Witam serdecznie.

    Postanowilem zbudowac domowy licznik gaigera. Do tego celu wykorzystalem kamere internetowa, kawalek folii aluminiowej oraz kawalek izotpu Americanum 241 (pochodzacy z czujnika przeciwpozarowego).

    Z przodu kamery nakleilem folie aluminiowa natomiast na niej Americanum 241.
    Czujnik CCD w kamerze rejestreuje czasteczke alpha jako biala "kropke" na ekranie.

    Oto wyniki tego eksperymentu:
    Domowy rejestrator rozpadu Alpha z Americium 241 - wyniki (licznik gaigera)

    t oznacza ilosc zarejestrowanych klatek (z oraz bez zderzen), zas klatka po prawej pokazuje polaczenie 1800 klatek (okolo 30 minut obserwacji co 1s).

    Niestety nie posiadam na razie zdjecia samego urzadzenia ale niebawem dodam.

    Fajne! Ranking DIY
    Darmowe szkolenie: Ethernet w przemyśle dziś i jutro. Zarejestruj się za darmo.
    O autorze
    hans512
    Poziom 14  
    Offline 
    hans512 napisał 171 postów o ocenie 16, pomógł 9 razy. Jest z nami od 2011 roku.
  • #2
    adiabel
    Poziom 17  
    Temat bardzo ciekawy.
    Czekamy na ciąg dalszy.

    Jakiej grubości folia ?
  • #3
    hans512
    Poziom 14  
    adiabel napisał:
    Temat bardzo ciekawy.
    Czekamy na ciąg dalszy.

    Jakiej grubości folia ?

    Zwykla kuchenna folia aluminiowa. Promieniowanie alpha powinno byc teoretycznie blokowane przez taka folie, jednak z jakiegos powodu powoduje to polepszenie detekcji.

    Moja teoria jest taka ze normalne promieniowanie alpha ma minimalny wplyw na czujnik CCD[lub tez wogole do niego nie dochodzi], zas to co obserwujemy to w istocie promienie gamma - ktore przechodza przez folie i przod kamery bez problemu.
    Moze byc to rowniez rozpad beta - lecz powinno byc to pojedyncze zdarzenia i znacznie rzadsze niz gamma.

    ps. dzis wrzuce zdjecia (ale to nic spektakularnego).
  • #4
    adiabel
    Poziom 17  
    Trochę brak na to czasu, ale chyba dobrze byłoby wczytać się głębiej w fizykę kwantową.
    Może w wyniku zderzeń cząstek alpha z aluminium (lub innego składnika folii - być może taki jest) powstaje jakiś izotop promieniotwórczy o krótkim czasie rozpadu ?
  • #5
    hans512
    Poziom 14  
    Obrazki:

    Folia nakrejona bezposrednio na kamerke w laptopie (wgnieciony punt w foli)
    Domowy rejestrator rozpadu Alpha z Americium 241 - wyniki (licznik gaigera)

    Obudowa czujnika przeciwpozarowego. Blaszka na dole zawiera mala ilosc Americanum 241 (mala okragla kropeczka)
    Domowy rejestrator rozpadu Alpha z Americium 241 - wyniki (licznik gaigera)

    Americanum 241 tuz nad kamera (w tej pozycji zostanie przyklejony)
    Domowy rejestrator rozpadu Alpha z Americium 241 - wyniki (licznik gaigera)

    Americanum 241 przyklejony w stalej pozycji:
    Domowy rejestrator rozpadu Alpha z Americium 241 - wyniki (licznik gaigera)

    adiabel napisał:
    Trochę brak na to czasu, ale chyba dobrze byłoby wczytać się głębiej w fizykę kwantową.
    Może w wyniku zderzeń cząstek alpha z aluminium (lub innego składnika folii - być może taki jest) powstaje jakiś izotop promieniotwórczy o krótkim czasie rozpadu ?

    Nie mam pojecia. Jedno jest pewne: to co obserwujemy to prawdopodobnie promienie gamma (bo obudowa kamerki blokuje promienie alpha).
  • #6
    adiabel
    Poziom 17  
    Też myślę, że to gamma jest sprawcą zjawiska.
    To obszerny i skomplikowany temat; dość dużo jest o tych sprawach w Wikipedii.
    np. cyt.
    "Kwanty energii, pochłanianej w czasie wzbudzenia, są emitowane, gdy cząstka samorzutnie wraca do stanu podstawowego (bardziej korzystnego energetycznie). Z przejściami na niższe dozwolone poziomy energii rotacji i oscylacji wiąże się emisja małych kwantów długofalowego promieniowania z zakresu podczerwieni. Światło widzialne jest emitowane, gdy zmienia się stan energetyczny elektronów, przechodzących na orbitale o niższej energii. Z tymi przejściami wiąże się emisja większych kwantów – krótkofalowego promieniowania z zakresu widzialnego lub nadfioletu"

    Izotopy promieniotwórcze stosuje się też m.in. do konserwacji produktów spożywczych. Czy przypadkiem folia spożywcza nie zawiera w sobie czegoś jeszcze oprócz AL ? To oczywiście tylko spekulacje, ale może warto byłoby to jakoś sprawdzić np. czułym Geigerem.
  • #7
    ^ToM^
    Poziom 38  
    hans512 napisał:

    Czujnik CCD w kamerze rejestreuje czasteczke alpha jako biala "kropke" na ekranie.


    Obawiam się, że w tej kamerze nie ma sensora CCD ale sensor CMOS. No chyba że masz jakiś antyczny komputer sprzed 10 lat.
  • #8
    adiabel
    Poziom 17  
    A może to w ogóle nie ma związku z cząstkami elementarnymi.
    Może to efekt szumów cieplnych struktury matrycy, lub wręcz defektami matrycy.

    Kamera dostosowuje wzmocnienie sygnału do stopnia oświetlenia; jeśli oświetlenie jest zerowe to wzmocnienie jest max. i wtedy może w sygnale uwidoczniać się szum.
    Poniżej zdjęcia z całkowicie zasłoniętym obiektywem przez zwykły, czarny materiał.

    Domowy rejestrator rozpadu Alpha z Americium 241 - wyniki (licznik gaigera)

    To oczywiście tylko pewna koncepcja, która nie musi być prawdziwa.
  • #9
    nielu
    Poziom 12  
    Widziałem coś podobnego na instructables, był to projekt idealnego generatora liczb losowych.
    Autor tam coś wspominał o zdejmowaniu folii IR z obiektywu kamerki, która to miałaby powstrzymywać właśnie promieniowanie alfa - Ty tego chyba nie zrobiłeś?
    Z angielskiej wiki wyczytałem, że ten izotop emituje głównie właśnie cząstki alfa, i śladowe ilości promieni gamma.

    Interesuje mnie gdzie można dostać taki detektor? Jakiś czas temu szukałem miejsca gdzie można je dostać, i jedyne czego się dowiedziałem, to to, że zostały chyba wycofane z Polski.
    Pozdrawiam!
  • #10
    hans512
    Poziom 14  
    adiabel:
    W tym wypadku jest to na raczej na 100% powiazane z promieniowaniem poniewaz bez materialu radioaktywnego nie zaobserwowalem zupelnie owych "kropeczek".

    nielu:
    Nie mieszkam w Polsce i u mnie takie czujki przecipozarowe mozna kupic nawet w supermarkecie (wszystkie zawieraja americanum 241).
    Ale online mozesz sobie kupic np tutaj: cpc.farnell.com i szukaj "smoke detector". Z tego co wiem wysylaja do Polski rowniez.
  • #11
    adiabel
    Poziom 17  
    Ja nie dysponuję takim izotopem, bo sam bym poeksperymentował.
    Ciekawe jaki byłby efekt po zastosowaniu innych przesłonek niż folii AL.
  • #12
    hans512
    Poziom 14  
    adiabel napisał:
    Ja nie dysponuję takim izotopem, bo sam bym poeksperymentował.
    Ciekawe jaki byłby efekt po zastosowaniu innych przesłonek niż folii AL.

    Testowalem dzisiaj przeslonki z papieru oraz wersje bez przeslonki (ale zaciemniona od drugiej strony). Wyniki sa bardzo ciekawe i przedstawie tym razem konkretne liczby bo moje poprzednie domysly nie byly w pelni sluszne:

    a. przeslona z aluminium:
    2277 klatek obserwacji
    106 detekcji
    wsplczynnik detekcji: 0.056

    b. przeslona z papieru:
    1861 klatek obserwacji
    150 detekcji
    wsplczynnik detekcji: 0.065

    c. brak przeslony (zaciemnienie z drugiej strony):
    2666 klatek obserwacji
    22 detekcje
    wsplczynnik detekcji: 0.00832(!!!)

    Wniosek:
    Gdy promieniowanie uderza w folie czy papier to powstaje COS co obserwujemy. Natomiast bez zadnej przeslony, ilosc detekcji spada drastycznie (0.8% vs 6.5% dla papieru).

    Czy ktos potrafi dokladnie wytlumaczyc lub chociaz nazwac obserwowane zjawisko?

    ps. dokonalem rowniez pomiaru z przeslona papierowa lecz BEZ izotopu. Rezultaty sa nastepujace:
    1741 klatek obserwacji
    7 detekcji
    wspolczynnik detekcji 0.00402

    Wynik jest 2x slabszy niz w wypadku izotopu bez przeslony i 14x slabszy niz w wypadku izotpu z przeslona z aluminium
  • #13
    hans512
    Poziom 14  
    Czekam na komentarze i wytlumaczenie tego zjawiska.
  • #14
    magnetobus
    Poziom 11  
    Co do izotopu zawartego w czujkach dymu to jego prawidłowa nazwa to Americium, a po polsku ameryk, symbol Am (tabela okresowa...).
    Jesli chodzi o dziwne zachowanie kamerki to wygląda to tak: cząstki alfa emitowane przez Am, mają stosunkowo sporą energię, około 5 MeV ale jak to cząstki alfa nie sa w stanie przejść przez nic. Ich zasięg w powietrzu jest rzędu pojedynczych centymetrów a w ciele stałym rzedu mikrometrów toteż nie ma szans aby doszły do modułu ccd, (nawet jak wyjąć obiektyw kamerki) bo matryca ma szkiełko ochronne.
    Z kolei energia 5 MeV wystarcza do wywołania reakcji jądrowej, np z jadrem azotu, która daje w wyniku proton, który ma wiekszy zasięg i mogący wywołać reakcję matrycy ccd. Sporo wiadomości na ten temat w Wikipedii. Oprócz tego Am emituje zwyczajne promieniowanie gamma, które tez może wywołać pobudzenie pojedynczych pixeli ale przy bardzo niskiej wydajności (matryca ccd jest cienka). Byc moze tak da się wytłumaczyć wyniki eksperymentu.
    Poza tym eksperyment ciekawy i warty kontynuacji.
    Pozdrawiam
  • #15
    hans512
    Poziom 14  
    Magnetobus bardzo dziekuje ci za wskazowke o wybiciu protonu!

    Znalazlem w internecie ciekawy fragment ktory chyba tlumaczy cala zagadke:

    Cytat:
    achievement of the first artificial transmutations is due to Lord Rutherford. Fifteen years later, by bombarding with alpha rays certain of the lighter atoms, nitrogen and aluminium for example, Lord Rutherford demonstrated the ejection of protons, or positively charged hydrogen nuclei; this hydrogen came from the bombarded atoms themselves: it was the result of a transmutation. The nature of the nuclear transformation could be firmly established: the aluminium atom, for example, captures the alpha particle and is transformed, after expelling the proton, into an atom of silicon.

    zrodlo: Link

    Tak wiec wyglada na to ze uderzenie promieniowania Alfa w glin(aluminium) skutkuje zamiana tego atomu w krzem (Si).

    Alpha + Al = Si

    Jest to wiec transmutacja elementow o jedna liczbe atomowa w gore (glin 13 -> Krzem 14).

    Ale to nie koniec. Wpadlem na kolejny wzor:
    27Al13 + 4He22+ ---> 30P15 + 1n0
    Link

    I wyglada na to ze Glin jest zamieniany na chwile w Fosfor (liczba atomowa 15 - wzrost o 2 poniewaz czasteczka Alpha dostarczyla 2 protony), ktory dopiero pozniej zamienia sie w Krzem a w miedzyczasie powstaje... pozytron(?!).

    Cytat:
    first there is the capture of the alpha particle and the instantaneous expulsion of the neutron, with the formation of a radioactive atom which is an isotope of phosphorus of atomic weight 30, while the stable phosphorus atom has an atomic weight of 31. Next, this unstable atom, this new radio-element which we have called "radio-phosphorus" decomposes exponentially with a half-life of three minutes.


    Tak wiec w detektor uderza nam w koncu foton, pozytron, proton czy co?

    Bardzo mile widziane komentarze i krytyka poniewaz jestem laikiem w dziedzinie chemii i fizyki
  • #16
    magnetobus
    Poziom 11  
    Produktem przedstawionej reakcji jest neutron, stąd to n po prawej stronie równania. Co do oznaczeń to są one bardzo proste i wygladają tak: po lewej stronie każdej czastki biorącej udział w reakcji jest tzw. liczba masowa, czyli sumaryczna liczba protonów i neutronów w jądrze. Np. dla helu oznaczenie jest 4He2 (w zapisie powinno być 2 a nie 22, ale to chyba literówka) co znaczy, że hel ma 4 neutrony i protony. Liczba po prawej stronie symbolu He to liczba protonów w jadrze zwana też liczbą atomową (tutaj 2). Odejmując od liczby masowej liczbę atomową otrzymujemy liczbę neutronów.
    W równaniu reakcji tak jak w każdym normalnym równaniu po obu jego stronach powinna być taka sama suma liczb masowych i atomowych.
    Dlatego neutron oznaczamy jako 1n0, bo jest nukleonem, czyli po lewe jeden ale nie ma ładunku elementarnego i dlatego po prawej zero. Dla protonu zapis wygląda 1p1, dla elektronu 0e(-1). Zero po lewej bo elektron nie jest ani protonem ani neutronem, -1 po prawej bo ładunek to -1 ładunek elementarny.

    Jeśli chodzi o detekcję cząstek alfa to najlepszą metodą jest w warunkach amatorskich komora jonizacyjna. Łatwo ją zrobić i przy pewnej dokładności daje niezłe wyniki. Jest trochę tego na stronach amatorskich jako "ionisation chamber". Ja kiedyś robiłem do wykrywania produktów rozadu radonu w budynkach, było to przenośne urzadzenie wielkości pudełka do butów. w razie zainteresowania służę bliższym opisem. Niestety nie dysponuję możliwością sfocenia, bo jest u zleceniodawcy od wielu lat na drugim końcu Polski.
    pozdrawiam
  • #17
    hans512
    Poziom 14  
    Dzieki magnetobus!

    Tak wiec reasumujac: to co obserwujemy to definitywnie elektrony uderzajace w matryce kamery, tak?

    Czy istnieje jakies zrodlo prezentujace analogiczne rownania dla "wszystkich" pierwiastkow poddanych dzialaniu promieniowania Alpha?

    ps. Dziekuje za pomoc, ale komore jonizacyjan bede budowal dopiero gdy skoncze ten projekt (a mam plany znacznie go rozbudowac i mierzyc przenikliwosc innych materialow).
  • #18
    magnetobus
    Poziom 11  
    z równania wynika, że oprócz fosforu powstaje neutron i raczej on a nie elektron jest odpowiedzialny za reakcję detektora (matrycy ccd albo cmos). Rzetelne rozstrzygniecie co rzeczywiscie daje sygnal jest trudne i raczej wymaga zmniejszenia do minimum ilości substancji pomiędzy źródłem a detektorem poprzez wymontowanie obiektywu kamerki i płytki osłaniajacej matrycę.
    Wtedy można eksperymentowac z różnymi typami absorbentów. Np.: folia polietylenowa lub podobna (z butelek PET) powinna dawać znaczne osłabienie wiazki neutronów natomiast cienka folia metalowa (np. Al albo złota) praktycznie nie powinna zmniejszać natężenia.
    Co do zbioru różnych reakcji jądrowych to najlepszym źródłem są tabele reakcji jądrowych. Jest to dosyć powszechne wydawnictwo, dostepne czasami na aukcjach. Podejrzewam, że można coś też znaleźć w necie. Mi wystarcza wersja w języku rosyjskim sprzed ponad trzydziestu lat (oczywiście papierowa!).
    Pozdrawiam
  • #19
    hans512
    Poziom 14  
    magnetobus napisał:
    Co do zbioru różnych reakcji jądrowych to najlepszym źródłem są tabele reakcji jądrowych. Jest to dosyć powszechne wydawnictwo, dostepne czasami na aukcjach. Podejrzewam, że można coś też znaleźć w necie. Mi wystarcza wersja w języku rosyjskim sprzed ponad trzydziestu lat (oczywiście papierowa!).
    Pozdrawiam


    Dzieki za pomoc!
    Co do zbiorow to czy jest mozliwe bys podal tytul i autora konkretnej ksiazki obecnej aktualnie na rynku ktora to zawiera? Moze byc po polsku lub angielsku (moge zakupic z terenu US, UK oraz Polski).

    Natrafilem jedynie na journale naukowe typu:
    http://adsabs.harvard.edu/full/1973ApJS...25..315S

    Lecz tabele tam podane sa bardzo niekompletne i ograniczaja sie tylko do kilkunastu pierwiastkow i bardzo duzych energii zderzen.
    Marzy mi sie po prostu taki zapis jak w moim poprzednim poscie (prosty zapis "chemiczny").

    Bylbym bardzo wdzieczny.

    ps. moze byc tez referencja do jakiegos na 100% pewnego journala naukowego (bo mam dostep do czesci tylko po prostu ciezko mi odnalezsc wlasciwa i kompletna publikacje).